Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo124_1.pdf: 2840973 bytes, checksum: 6824639178df3434cffa33b46a79eae2 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nos últimos anos a indústria sucroalcooleira tem apresentado um crescimento significativo. Em parte, esse fenômeno se deve a grande valorização dos biocombustíveis, no caso em questão o etanol. Dentro desse panorama a otimização e integração energéticas se tornam cada vez mais importantes nessas indústrias. Os combustíveis de segunda geração, produzidos através do processo de hidrólise dos materiais lignocelulósicos, apresentam-se como uma grande alternativa para o uso energético da biomassa. Neste trabalho foi proposto um estudo de caso, a fim de construir uma planta virtual do processo de produção de etanol a partir da hidrólise do bagaço de cana. O processo de transformação de biomassa em combustível consiste das seguintes etapas: Pré-tratamento, deslignificação, hidrólise, fermentação e destilação. A partir das simulações, realizadas no software HYSYS®, foi possível determinar o consumo de insumos e de energia necessários na planta. Para avaliar o aumento da produção de etanol dentro de uma usina foi realizada a integração do processo de segunda geração (processo de hidrólise do bagaço) e o processo de primeira geração (a partir do processamento da cana-de-açúcar), através da adição da corrente de mosto à corrente do licor de hexoses gerado no processo de hidrólise. Dos resultados obtidos verificou-se que ao se utilizar 80% de bagaço (cogerado nas moendas) como matéria-prima no processo de hidrólise foi possível aumentar a produção de etanol de cerca de 26% (em volume). Também foi realizada a análise exergética na unidade de produção de etanol com a finalidade de localizar as irreversibilidades dos sistemas, identificando as exergias destruídas e assim avaliando as eficiências. A partir dos resultados dessa análise foram propostas alternativas para aperfeiçoar o desempenho dos sistemas e de melhor aproveitar os recursos utilizados

Orientador: Sinclair Mallet-Guy Guerra / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T21:10:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_LuizAntonio_D.pdf: 19568988 bytes, checksum: 7b6872a8db2fec79d7f4580911da5155 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A matriz energética mundial concentrada em combustíveis fósseis, notadamente o petróleo, demonstra sinais de insustentabilidade. As razões para isso estariam tanto na escala como nos efeitos que tal consumo energético apresenta. Há necessidade de sua modificação por uma estrutura mais diversificada, com a incorporação de novas fontes. Existem evidências suficientes a sugerir que a sobrevivência e evolução da humanidade dependerão das fórmulas que ela for capaz de engendrar para vencer o desafio de desenvolver-se sustentavelmente. O objetivo desta tese foi o estudo da substituição dos combustíveis líquidos derivados do petróleo (recurso não renovável), principalmente a gasolina, por uma alternativa como o álcool de cana-de-açúcar (recurso renovável). Formulou-se a hipótese que em tal contexto de transição energética, o Brasil não pode se dar ao luxo de desprezar a potencialidade oferecida pelo álcool, ainda que como solução parcial no atendimento de suas necessidades de combustíveis líquidos para o transporte. Num primeiro momento, tratou-se da discussão da sustentabilidade que é a questão teórica de fundo da tese. No capítulo 2, fez-se uma análise da atual situação mundial de energia. De forma mais aprofundada, no capítulo 3, analisou-se a matriz brasileira de energia, contemplando suas principais características, recursos, potencialidades e limitações. Com tais referências, discutiu-se no capítulo 4, a experiência de utilização do álcool carburante no Brasil. Convém ressaltar que não se pretendeu fazer avaliação do Proálcool. Procurou-se atualizar e aprofundar alguns dos seus aspectos importantes, fornecendo novos elementos para reflexão sobre a relevância da produção de álcool de cana-de-açúcar em substituição a derivados de petróleo (notadamente a gasolina), num contexto de desenvolvimento sustentável. As conclusões desta tese confirmam que a matriz energética mundial passa por uma fase de transição e a matriz brasileira também. A política energética deve orientar-se progressivamente para as fontes renováveis. A importância do álcool está em servir como parte da solução dessa fase de transição, por se tratar principalmente de combustível de fonte renovável. Demonstrou-se que a atividade sucro-alcooleira é uma das que mais gera emprego e seu álcool é menos oneroso economicamente ftente a outras opções conhecidas. Existem evidências suficientes para se apostar na tendência declinante dos custos do álcool e elevação dos custos do petróleo e da gasolina. Diante disso, a principal desvantagem do Proálcool (sempre ligada à inviabilidade econômico-financeira), parece não mais se verificar, a não ser em casos muito específicos e isolados. Analisada sob o ponto de vista energético, a produção de álcool é mais vantajosa que a gasolina, principalmente por ser fonte de energia renovável enquanto a gasolina é de fonte fóssil. Em relação aos aspectos ecológicos o álcool se destaca pela redução da poluição atmosférica, tanto na substituição da gasolina como pela função exercida pelas plantações de cana-de-açúcar na absorção de COz(amenizando o efeito estufa) e, finalmente, porque tanto o vinhoto como o bagaço, anteriormente problemáticos, converteram-se em recursos econômicos. Pelas razões que se justifica, entende-se que a produção do álcool deve ser defendida e incentivada por toda a sociedade, sem deixar de insistir e cobrar dos agentes envolvidos o aumento da produtividade nas etapas da atividade sucro-alcooleira, incluindo todas as suas extemalidades positivas e negativas / Abstract: World energetic matrix based on combustible fossils, more importantly oil has shown signs of unsustainability. The reasons for this are related to both production structure, which needs to be diversified as to incorporate new sources of energy, and also to the actual pattern of consumption. There is plenty of evidence to suggest that humankind evolution will in the future depend on the capacity of creating new mechanisms for a sustainable development. The main purpose of this thesis is to analyse the substitution process of a non-renewable resource, say oil, by an altemative renewable one, namely alcohol ftom sugar cane. The basic assumption, as it is argued, is that in the present energetic transition process, Brazil cannot afford to miss the potentials generated by the alcohol alternative, even though its use has been basicaly as fuel for transportation. In the first chapter the question of sustainability was discussed ftom a theoretical perspective. The world' s energy current situation is analysed in the second chapter, followed by a discussion in chapter 3, ofthe main features, resources, handicaps and potentials of the Brazilian energetic matrix. Chapter 4 contains an investigation of a Brazilian project designed to produce alcohol ftom sugar cane. Basically, the analysis of that project carried out in this thesis aimed only to reveal its more important aspects in the light of the substitution process of alcohol for petrol, as an important strategy for a sustainable development. It is important to point out though that a thorough assessment of the alcohol program is not an objective of this thesis. In the conclusion emphasis is given to the transition process undergone by both the world as well as the Brazilian energetic matrixes. Furthermore, it is argued that energy policies should be progressively oriented towards renewable sources, as illustrated by the implementation of the Brazilian alcohol project. As part of this argument in favour of this altemative, the activity based on alcohol has created more jobs and has been less expensive to implement than other possible altematives. Moreover, evidences shown in this thesis reaveal a decreasing trend in alcohol production cost as compared to oil and petrol. The alleged financial limitation of the alcohol program seems not to hold true any longer, unless in isolated situations. By any means, the main reason to invest in this program is that alcohol is renewable, whereas petrol is produced from a fossil source. From the environmental point of view, the production of alcohol is less harmful, both because the level of emission is smaller than petrol and because sugarcane plantations can minimise the global warming effects. Finally, by-products of alcohol industry, like residual liquor and bagasse have become economic resources as raw material and fertiliser in farming activity. Based on the arguments produced by this investigation, alcohol production should be stimulated and supported by the entire society, and those involved in the industry should invest in efficiency and innovation in all stages of production / Doutorado / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

Na busca por matérias-primas alternativas à produção de etanol no Brasil, a batata-doce surge como opção promissora, principalmente no estado do Rio Grande do Sul, maior produtor nacional da raiz e que importa, em média, 98% do etanol hidratado combustível que consome. A viabilidade econômica da produção de etanol a partir da batata-doce passa pela necessidade de otimização do processo. Esta dissertação foca no pré-processamento da matéria-prima e na hidrólise do amido, duas etapas fundamentais para viabilizar economicamente o processo. São comparadas as produções de açúcares redutores de experiências de hidrólise enzimática conduzidas com a batata-doce in natura triturada e com farinhas preparadas através de seis diferentes métodos de secagem (liofilização, ar quente a 60°C, estufa a 60°C e a 105°C com convecção natural do ar, com microondas e solar). A mistura comercial de enzimas STARGEN 002 foi utilizada inicialmente na concentração de 68 μL/g farinha. Os resultados mostram um rendimento maior obtido nos ensaios com matéria-prima seca em comparação a in natura, independentemente do método de secagem empregado. São comparados os custos acrescentados ao processo devido à inclusão da etapa de secagem com o retorno financeiro em função do aumento da eficiência da etapa de hidrólise. A utilização de micro-ondas apresentou, em comparação às demais técnicas de desidratação, além da maior concentração de açúcares redutores, um balanço econômico promissor, sendo então, selecionada como pré-processamento para os próximos experimentos da pesquisa. Através de um planejamento experimental se verificou que na etapa de hidrólise enzimática, a utilização da Pectinase, enzima complementar ao processo, não trouxe benefícios estatisticamente significativos. Dentro do mesmo estudo, a conversão máxima de 93,9% do amido foi alcançada com concentração inicial de matéria-prima de 110 g/L e de STARGEN 002 igual a 7,5 μL/g farinha, com possibilidade de utilizar níveis ainda mais baixos de enzima e mais altos de farinha conforme análise das superfícies de respostas. Na sequência, o trabalho traz resultados do processo de hidrólise e fermentação simultâneas com pré-tratamento realizado por 2 horas a 52°C. É obtido o valor de 72,2% ± 1,6% de eficiência na etapa de fermentação com 140 g/L de matéria-prima e 3 μL de enzima por grama de farinha. A análise econômica, feita a partir dos resultados apresentados nessa pesquisa, resulta no custo de R$ 1,35 por litro de EHC. / In the search for alternative feedstocks for ethanol production in Brazil, the sweet potato emerges as a promising option, particularly in the state of Rio Grande do Sul, the main national producer of the root and has imported, on average, 98% hydrated ethanol fuel it consumes. To obtain the economic feasibility of ethanol from sweet potato the process optimization is necessary. This work focuses on the pre-processing of the raw material and the hydrolysis of starch, two fundamental steps to make the process economically viable. The reducing sugars production by the enzymatic hydrolysis experiments conducted with the fresh and triturated sweet potato is compared with the use of flour prepared by six different drying methods (lyophilization, hot air at 60°C, oven with air natural convection at 60°C and 105°C , microwave and solar). The commercial mixture of enzymes STARGEN 002 was initially used at a concentration of 68 μL/g flour. The results show a higher yield in tests of dry feedstock, regardless of the employed drying method. The added costs to the process due the inclusion of the drying step are compared with the financial return of this procedure. In comparison to other techniques of dehydration, the use of microwave resulted in the largest concentration of reducing sugars and a promising economic balance, so the microwave drying was selected as preprocessing for the next experiments of research. Through an experimental design, the use of Pectinase, a complementary enzyme of process, showed to be statistically insignificant in the enzymatic hydrolysis step. In the same study, the starch conversion of 93.9% was achieved with an initial concentration of 110 g/L of dried sweet potato and STARGEN 002 equal to 7.5 mL/g flour, with possibility to use lower levels of enzyme and higher of flour according to response surface analysis. Furthermore, are presented the results of simultaneous hydrolysis and fermentation with pretreatment process conducted for 2 hours at 52°C. The fermentation efficiency reached 72.2% ± 1.6% with 140 g/L of raw material and 3 mL of enzyme per gram of flour. The economic analysis, based on the results presented in this research, results in the cost of R$ 1.35 per liter of hydrated ethanol.

Submitted by Amauri Alves (amauri.alves@ufv.br) on 2015-11-16T11:43:38Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3547883 bytes, checksum: d0ecea27278208d99b9477d7546e1251 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-16T11:43:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3547883 bytes, checksum: d0ecea27278208d99b9477d7546e1251 (MD5) Previous issue date: 2014-11-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A produção de etanol de segunda geração apresenta grande potencial para ser uma realidade sustentável, especialmente no Brasil que prossui grandes quantidades de bagaço de cana-de-açúcar. Os maiores obstáculos deste processo são os pré- tratamentos e a hidrólise da biomassa, principalmente esta última etapa visto que as enzimas ainda apresentam custos muito elevados. Assim, esforços têm se concentrado em tornar o processo mais econômico com a descoberta de enzimas mais efetivas. Novas fontes de enzimas são continuamente encontradas e várias estratégias de prospecção e produção enzimática têm sido estudadas. Uma estratégia bastante utilizada na busca por novas enzimas e/ou enzimas mais eficientes é a análise de genômica comparativa de diferentes micro-organismos que permite a seleção de vários candidatos de interesse num curto período de tempo. Além disso, as enzimas podem ser produzidas por fungos quando estes são crescidos em biomassas que apresentam baixo custo e alta disponibilidade. Este trabalho foi dividido em cinco capítulos sendo que o primeiro consiste de uma revisão atual sobre a produção de etanol de segunda geração focada na etapa de sacarificação enzimática. Várias estratégias de prospecção e produção enzimáticas foram discutidas e detalhadas. No segundo capítulo, a sacarificação de bagaço de cana-de-açúcar após pré-tratamentos ácido e alcalino foi comparada usando o extrato enzimático do fungo fitopatógeno Chrysoporthe cubensis e três coquetéis comerciais. Para o bagaço de cana utilizado neste estudo, o pré-tratamento alcalino promoveu os melhores rendimentos de sacarificação sendo o extrato do fungo C. Cubensis o responsável pela maior liberação de glicose e xilose quando comparado às misturas enzimáticas comerciais. Além disso, o extrato de C. cubensis produziu maiores valores de atividade específica comparados aos dos coquetéis comerciais. No terceiro capítulo, o potencial genômico de fungos candidatos foi avaliado e as enzimas mais interessantes para a hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar foram expressas em Aspergillus vadensis. Nove enzimas de três fungos diferentes, Aspergillus terreus, Nectria haematoccoca e Phaeosphaeria nodorum, foram viiclonadas e expressas por sistema heterólogo e representam uma nova possiblidade para a melhor degradação do bagaço de cana. Dentre estas enzimas, quatro - xilosidases foram bioquimicamente caracterizadas e apresentaram atividade máxima em valores de pH 4,5-5,0 e em temperaturas 55-60°C. No quarto capítulo, duas xilanases de Aspergillus nidulans previamente clonadas em Pichia pastoris, aqui denominadas Xyn1818 e Xyn3613, foram expressas, purificadas e caracterizadas. Xyn1818 apresentou ótima atividade em pH 7.5 e à 60°C enquanto Xyn3613 alcançou máxima atividade em pH 6.0 e à 50°C. Xyn1818 apresentou-se bastante termoestável à 50°C mantendo 50% de sua atividade original após 49 horas de incubação nesta temperatura. Xyn1818 apresentou maior atividade contra arabinoxilana de trigo enquanto o melhor substrato para Xyn3613 foi xilana beechwood. Testes de sacarificação mostraram que os coquetéis comerciais liberaram mais açúcares (glicose e xilose) quando suplementados com as xilanases Xyn1818 e Xyn3613 de A. nidulans. Finalmente, no quinto capítulo, os fungos Aspergillus niger e Trichoderma reesei foram avaliados quanto à produção de enzimas após crescimento em do e bagaço de cana-de-açúcar. Os fungos produziram diferentes tipos de enzimas (hemi)celulolíticas, o que foi refletido pelo forte efeito sinergístico na liberação de açúcares durante a sacarificação dos substratos utilizando o conjunto de enzimas dos dois microorganismos. Foi constatado que a remoção de monossacarídeos do meio de produção de enzimas é muito importante quando combinações de enzimas de T. reesei and A. niger são utilizadas para aprimorar a hidrólise de biomassas. / Second generation ethanol production has great potential to be a sustainable reality, especially in Brazil due to the large amount of available sugarcane bagasse. Pretreatment methods and biomass hydrolysis continue to be the bottlenecks of the overall process, mainly this second step since the enzymes present high costs. Therefore, efforts have been taken to make the process more cost-effective with regards to the discovery of more effective enzymes. New sources of enzymes are continuously encountered and several strategies of enzyme prospection and production have been studied. One strategy used in the search for new and/or more efficient enzymes is comparative genomic analysis of different microorganisms which allows for the screening of several candidates of interest in a short period of time. Moreover, plant-degrading enzymes can be produced by fungi grown on abundantly available low-cost plant biomass. This work was divided in five chapters being the first chapter a current review about second generation ethanol production focused mainly on the saccharification step. Several strategies of enzyme prospection and production were discussed and detailed. In the second chapter, saccharification of acid- and alkali-pretreated sugarcane bagasse was compared using the enzymatic extract from the pathogen fungus Chrysoporthe cubensis and three commercial enzymatic mixtures. For the sugarcane bagasse studied in this work, the alkaline pretreatment promoted the best saccharification yields, where the C. cubensis extract was responsible for the higher release of glucose and xylose when compared to the commercial enzymatic mixtures Furthermore, the C. cubensis extract was able to produce high specific enzyme activities when compared to the commercial cocktails. In the third chapter, the genomic potential of the candidate fungi was evaluated and the most interesting enzymes for sugarcane bagasse hydrolysis were expressed in Aspergillus vadensis. Nine enzymes from three different fungi, Aspergillus terreus, Nectria haematoccoca and Phaeosphaeria nodorum, were successfully cloned and expressed by heterologous system and these enzymes represent a possibility for a better degradation of sugarcane bagasse. -xylosidases were biochemicallycharacterized and showed maxima activity in the pH range 4.5-5.0 and at temperatures of 55-60°C. In the fourth chapter, two xylanases from Aspergillus nidulans previously cloned in Pichia pastoris, here nominated as Xyn1818 and Xyn3613, were expressed, purified and characterized. The optima pH and temperature for Xyn1818 were 7.5 and 60°C while Xyn3613 achieved maximal activity at pH 6.0 and 50°C. Xyn1818 showed to be very thermostable, maintaining 50% of its original activity after 49 hours when incubated at 50°C. Xyn1818 presented higher activity against wheat arabinoxylan while Xyn3613 had the best activity against xylan from beechwood. Saccharification results showed that the commercial enzymatic cocktails were able to release more sugars (glucose and xylose) after supplementation with the xylanases Xyn1818 and Xyn3613 from A. nidulans. Finally, in the fifth chapter, Aspergillus niger and Trichoderma reesei were substrates: wheat straw and sugarcane bagasse. The fungi produced different sets of (hemi-)cellulolytic enzymes which was reflected in an overall strong synergistic effect in releasing sugars during saccharification using the enzyme blends from both fungi. It was observed that removing monosaccharides from the enzyme production media is very important when T. reesei and A. niger enzyme blends are combined to improve plant biomass saccharification.

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:02:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8594_1.pdf: 776831 bytes, checksum: 2a28cedc2b71106b84bc0d3e40a2ab33 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / A dissertação abrange dois artigos: revisão e original. Primeiro para analisar, repercussões no estado nutricional e fisiopatológico de ratos peri-adolescentes, machos e fêmeas, no consumo voluntário de bebidas alcoólicas. A metodologia constou da análise das bases de dados Bireme, Medline e Lilacs. Foi identificada ingestão alcoólica superior nas fêmeas, nas diferentes idades, porém os machos tinham maior preferência pelo álcool sobre a água. O aumento das concentrações alcoólicas leva a diminuição do consumo alimentar, que varia com a idade, entre machos e fêmeas, e pode ocasionar várias patologias, principalmente nas fêmeas, pelas interferências hormonais. Segundo artigo, estudou as repercussões metabólicas e nutricionais em 36 ratos Wistar, peri-adolescentes, divididos em três grupos (6 machos e 6 fêmeas): GA- controle, GB - 15% ETOH e GC- diluições de 10%, 20% e 30% ETOH. Avaliou-se bioquimicamente: glicose, colesterol total, LDL-C, HDL-C, VLDL, triglicerídeos, CT/HDL, albumina. Machos consumiram mais ração e tiveram peso corpóreo superior; ingestão de água foi maior na 1ª semana do experimento, sendo superior nas fêmeas. Encontrou-se glicose sérica menor no GA; CT/HDL menor no GC; os demais sem alterações. Conclui-se que as repercussões nutricionais e metabólicas do consumo de álcool são diferentes nos dois sexos e variam conforme as concentrações e freqüência. Programas de educação e alertas nutricionais são necessários para conscientizar a população sobre as conseqüências nocivas das bebidas alcoólicas

Orientador : Iracema de Oliveira Moraes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-18T05:57:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_BenjamimdeAlmeida_D.pdf: 6046180 bytes, checksum: e584f38729e245c56ed1dd5035f8ecac (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: Seis experimentos de pubagem foram realizados com vistas à obtenção de puba. Utilizaram-se três variedades de mandioca, dois tipos de pubadores e duas condições de pubagem. A puba obtida foi submetida às análises: composição centésimal , granulometria, amido danificado, acidez, áquo, e álcool solúveis, "blue-value", índice de absorção e de solubilidade em água, propriedades de pasta e exame microscópico. Os resultados obtidos serviram para caracterizar a puba e permitiram a comparação com os obtidos para amido, polvilho azedo e massa de mandioca com e sem casca. A puba obtida e a adquirida no comércio, bem como amostras de amido de mandioca, polvilho azedo e massa de mandioca com e sem casca foram submetidas a 27 ensaios de gelatinização a 85°C, 22 ensaios de liquefação com alfa-amilase, em diversas condições e 39 ensaios de sacarificação com amiloglicosidase, em condições variadas. A formação de açúcares redutores totais (ART) foi acompanhada pelo método de Somogyi-Nelson e do ácido 3,5 dinitrossalicílico (D.N.S.), a cinética foi verificada, modelos matemáticos e suas representações gráficas, traduzindo a variação de ART x tempo, foram propostos. Os produtos das ge1atinizações, liquefações e sacarificações foram utilizados como matérias-primas para vinte e duas fermentações alcoólicas, cujos resultados foram comparados entre si e com os obtidos da fermentação de uma amostra de sacarose. Nas vinte e três fermentações conduzidas utilizaram-se a levedura Saccharomyces cerevisiaae M 304-2C, concentrações de ART variando de 29,90 a 120,24 g/l, a temperatura de 36°C e ph inicial do mosto próximo a 4,0. As fermentações foram acompanhadas através das determinações da concentração de massa celular, variação de pH, consuma de ART e formação de etanol. Os resultados assim obtidos foram analisados pelo Sistema de Análises Estatísticas - UFV (SAEG) gerando modelos matemáticas e suas respectivas representações gráficas. A partir da análise dos resultados obtidos de concentração de massa celular x tempo desenvolveu-se o modelo logístico-mendesiano, segundo o qual [X] = [a/(i + be-cT)] + d. Os resultados obtidos no acompanhamento das fermentações permitiram o cálculo dos seguintes parâmetros: tempo de geração; rendimentos: massa celular/substrato, etanol/substrato, etanol/massa celular; produtividados; massa celular/substrato, etanol/substrato, etanol/massa celular; variações percentuais de massa celular; velocidades específicas de: crescimento, consumo de substrato e formação de etanol; percentual de substrato utilizado; eficiência global teórica e real e rendimento global teórico e relativo ao ARI consumido. Todos esses valores foram comparados internamente e verificou-se que a puba pode ser uma matéria-prima tecnicamente viável para a produção de etanol de mandioca, sem os problemas inerentes à mesma. Um fluxograma de produção de etanol, utilizando puba como matéria-prima, foi proposto / Abstract: "Puba" was produced through six alternative experiments, using three cassava varieties and two types of containers and experimental conditions. The resulting "puba" was submitted to proximate composition, particle distribution, damaged starch, water and alcohol soluble acidity, blue value, water absorption, water solubility, pasting properties analyses and microscopic examination. The results from these analyses were used to caracterise and compare the "puba" with those of local comercial cassava starch (normal and fermented) and grated cassava puree obtained from both peeled and unpeeled cassava roots. Besides, the samples were submitted to 27 gelatinization studies at 85°C, 22 liquification trials with alfa-amilase and 39 saccharification tests with amiloglucosidase. The kinetics of total reducing sugar (TRS) production was traced by Somogyi-Nelson and 3,5 dinitrossalicilic acid (DNSA), thus establishing mathematical models relating graphically the variation of TRS with reaction time. The products of starch gelatinization and hydrolysis were used as raw materials for 22 alcoholic fermentations, whose results were compared to each other and to those obtained from the fermentation of a sucrose sample. Saccharamyces cerevisiae yeast M304-2C, a TRS concentration ranging from 29,90 to 120,24 g/l, at 36°C and a inicial ph of 4,0 were used in the twenty three fermentations conducted. The course of fermentation was accompanied through determination of celular mass concentration, pH variation, TRS consumption and alcohol production. The results were analysed with the help of the computer program (AEG), thus developing both the mathematical models and appropriate graphical representations. On the basis of time and cellular mass concentration results, a "Mendensian" - logistic model was established, and represented as [X] = [a/(1 + be-cT)] + d. The fermentation results, on the other hand, were used to calculate: the generation time; yield and productivity of cellular mass/substrate, ethanol/substrate, ethanol/cellular mass; percentage variation of cellular mass; specific growth rate; substrate consumption and ethanol formation; percentage utilization of substrate; global, theoretical and real efficiency and global, theoretical yield related to the consumed TRS. All these values were compared with internal control and it was verified that "Puba" lends itself as a viable raw material (of sthand) production from cassava. A fluxogram for its utilization in ethanol production was proposed / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

The thesis in the theoretical part deals with the isssue of alternative fuels, especially bioethanol as an essential alternative fuel for spark ignition engines. The next part of the theory describes the exhaust emissions of combustion engines and focuses on the emissions while using alcohol fuels. In the practical part there were evaluated the parameters of the combustion engine, which operated on gasoline (E0) as standard fuel and two concentrations of ethanol-gasoline blend E40 and E70. Based on the results, it was found that the increase in engine torque and effective engine power with ethanol fuels was in the range of the tenth of a percent. On the contrary, the emissions of CO, NOx and HC showed lower values. The fuel E70 did not show optimal combustion of the mixture, therefore the engine had the smallest effective efficiency. Benefits resulting from the content of the ethanol were made use of without distinct proving of the engine setting intended primarily for the gas mixture.

The diploma thesis deals with the production of mead and problems of flavoring and adding alcohol to mead in contradiction with the required quality and demand for the purity of the product. History, individual steps of mead production such as fermentation, cleaning and finishing, including basic raw materials, are described here. The conclusion of the theoretical part briefly describes the defects of mead and methods of servis mead. The practical part deals with the main fermentation of the honey liquid with respect to the concentration of honey, the temperature during fermentation and the different types of yeast. By measuring with the OenoFoss device and the refractometer, I monitor the daily loss of sugar during the main fermentation and compare it with other samples. Further, using microbial isolation, I monitor yeast development after fermentation and final ethanol production. Part of the thesis is also identification of yeast by PCR and subsequent electrophoresis.

La presente Tesis incluye un estudio teórico y experimental del reformado de etanol con vapor (ESR) utilizando dos diferentes catalizadores estructurados. Datos experimentales de ESR obtenidos previamente con un catalizador monolítico de Rh-Pd/CeO2, son empleados aquí para el desarrollo de un modelo cinético del proceso. Se ajustan los parámetros de las expresiones de velocidad de cuatro reacciones catalíticas. Se propone un modelo cinético del tipo ley de la potencia, que representa razonablemente las principales tendencias de los datos experimentales dentro de un rango de condiciones de alimentación, temperatura y presión. La cinética obtenida es incorporada al modelo matemático de un micro-reactor de canales paralelos, propuesto para llevar a cabo el ESR en condiciones no isotérmicas. El reactor se asume calefaccionado a co-corriente por medio de gases provenientes de una cámara de combustión externa. Mediante simulación, se analiza la influencia de diferentes variables operativas y de diseño sobre el rendimiento a H2 y los niveles de CH4 residual. El rendimiento a H2 resulta muy sensible a la carga térmica. La presión de operación impacta fuertemente sobre la velocidad de producción de H2. El mismo catalizador monolítico de Rh-Pd/CeO2 es empleado en un estudio experimental de reformado oxidativo de etanol (OSR). Se analiza el efecto de la composición de la alimentación (con énfasis en la relación O2/C) y la temperatura sobre la distribución de productos. Se encontró un fuerte efecto del contenido de O2 sobre los rendimientos a H2 y el balance energético del proceso. Los resultados de OSR se comparan con los de ESR, observándose en el primer caso rendimientos a H2 menores. Por último, se estudia experimentalmente el proceso de ESR sobre un catalizador monolítico de Co sobre hidrotalcitas. Los experimentos se diseñaron para confirmar un comportamiento medido previamente, que denotaba una tendencia no-monótona del rendimiento a H2 con la temperatura, a bajas presiones. Este efecto no pudo ser confirmado en los experimentos realizados, aunque se observó una tendencia análoga en función del tiempo de residencia. En otras condiciones se detectó deposición de carbón sobre el catalizador. Se concluye que el mecanismo de ESR sobre Co-hidrotalcitas no está aún claro y deberían realizarse nuevos estudios al respecto. / A theoretical and experimental study of Ethanol Steam Reforming (ESR) is carried out in the present Thesis, by using two different monolithic catalysts. Experimental data obtained previously using a Rh-Pd/CeO2 monolithic catalyst are used here to develop a kinetic model of the ESR process. A power-law kinetic model is proposed for four different catalytic reactions. After fitting the kinetic parameters, the model reproduces satisfactorily the main trends of the experimental variables, within a range of feed conditions, temperatures and pressures. The kinetics is included in the mathematical model of a microreactor with parallel channels, which is applied to carry out the ESR process under non isothermal conditions. The reactor is heated convectively using off-gas coming from an external chamber. A co-current scheme is assumed. The influence of the main operating and design variables on the H2 yield and the CH4 slip is studied by simulation. The H2 yield is strongly affected by the heat duty. The reaction pressure affects markedly the reaction rates, the residence time and the heat supply, which determine the H2 production rates. The same monolith catalyst of Rh-Pd/CeO2 is used to carry out an experimental study of Oxidative Steam Reforming (OSR) of ethanol. The effect of the feed composition (particularly the O2/C ratio) and the reaction temperature on the product distribution is analyzed. The O2/C ratio has a considerable influence on the H2 yield and the heat balance. The results obtained for OSR are compared with those of ESR. Finally, an experimental study of the ESR process using a Co-hidrotalcite monolithic catalyst is performed. The non-monotonous behavior of the H2 yield with respect to temperature, previously measured for low pressures, could not be confirmed in the laboratory of PLAPIQUI. However, maxima in the H2 yield with respect to the residence time were found. For certain operating conditions, carbon deposition on the monolith was detected. It can be concluded that further studies should be necessary to clarify the reaction mechanism of ESR on Co-hidrotalcite.

Tesis por compendio / A lo largo de esta tesis se ha propuesto un proceso tanto sostenible como eficiente para transformar subproductos y residuos de biomasa (etanol, glicerina y furfural) como el reformado con vapor. Para ello, se han estudiado catalizadores de Ni y Co, tanto sus propiedades físico-químicas como su comportamiento catalítico con la finalidad de encontrar los catalizadores más activos, selectivos y estables. El estudio de las propiedades físico-químicas se ha llevado a cabo mediante el empleo conjunto de diferentes técnicas como adsorción de N2 (área BET), DRX, análisis químico (AES-ICP), análisis elemental, TEM, TPR, XPS y quimisorción de hidrógeno. En el capítulo 3 se presenta un artículo que trata sobre la utilización de zeolitas deslaminadas (ITQ-2) como soporte de Ni y Co en el reformado de etanol con vapor de agua. Los catalizadores promovidos por Ni son más activos, mientras que los de Co son más selectivos a hidrógeno y en menor medida a CO. Ambos catalizadores no presentaron desactivación alguna y parece que las propiedades topológicas de la zeolita (ausencia de centros ácidos y elevada superficie específica) son los mayores responsables de estas excelentes propiedades catalíticas. En el capítulo 4 se presenta un artículo que trata sobre el empleo de HDL de Zn como soporte, promovido por Ni. Para la cantidad óptima de Ni, adicionado pequeñas cantidades de un dopante, Re eliminaba la formación de la aleación Ni-Zn, menos activa que Ni y presente en todos los catalizadores sin Re. Este hecho favorecía la formación de otra especie, Ni-Re, que favorecía la reducibilidad del centro activo. Esta mejora que supuso la adición de pequeñas cantidades de Re supuso que el catalizador fuera lo suficientemente robusto para llevar a cabo el reformado de mezclas etanol-nafta con vapor de agua en cualquier proporción, desde nafta puro a etanol puro.En el capítulo 5 se presenta un artículo que versa sobre el empleo de la sepiolita como soporte de Ni para el reformado de glicerina con vapor de agua. La incorporación de Ni se llevó a cabo por el método de impregnación y de precipitación, respectivamente, siendo este último el que mejores resultados obtuvo en términos de actividad. Además, presentó una mayor selectividad a hidrógeno, menor a subproductos indeseados y mostró menores signos de desactivación. Parece que estos excelentes resultados pudieran estar relacionados con una mayor superficie específica, menor tamaño de partícula y mayor dispersión de las partículas metálicas de Ni. En el capítulo 6 se muestra un artículo que trata sobre el empleo de diferentes soportes para llevar a cabo el reformado de furfural con vapor de agua empleando Ni como centro activo. Después de efectuar un barrido de catalizadores incorporando el Ni mediante impregnación húmeda a volumen de poro, se encontró que la sepiolita natural presentaba los mejores resultados. Por ello, se diseñó un método alternativo para incorporar Ni sobre el soporte sepiolítico (precipitación) que mejoró al anterior en términos de mayor actividad y selectividad a hidrógeno y menor producción de subproductos no deseados. Los datos de caracterización sugieren que el menor tamaño de las partículas metálicas de Ni y su mayor dispersión están relacionados con estas mejoras, además de con una mejor resistencia a la deposición de coque y a la sinterización de las partículas de Ni. En el capítulo 7 se expuso un artículo que trataba sobre catalizadores basados en cobalto soportados sobre sepiolita natural para llevar a cabo el reformado de furfural con vapor de agua. Los métodos de incorporación de cobalto fueron el de impregnación húmeda a volumen de poro y el de precipitación. Este último método permitió preparar partículas de cobalto más pequeñas, mejor dispersas y con una interacción con el soporte adecuada. / Al llarg d'aquesta tesi s'ha proposat un procés tant sostenible com a eficient per a transformar subproductes i residus de biomassa (etanol, glicerina i furfural) com el reformat amb vapor. Per a açò, s'han estudiat catalitzadors de Ni i Co, tant les seues propietats físico-químiques com el seu comportament catalític amb la finalitat de trobar els catalitzadors més actius, selectius i estables. L'estudi de les propietats físico-químiques s'ha dut a terme mitjançant l'ocupació conjunta de diferents tècniques com a adsorció de N2 (àrea BET), DRX, anàlisi química (AES-ICP), anàlisi elemental, TEM, TPR, XPS i quimisorció d'hidrogen. En el capítol 3 es presenta un article que tracta sobre la utilització de zeolites deslaminades (ITQ-2) com a suport de Ni i Co en el reformat d'etanol amb vapor d'aigua. Els catalitzadors promoguts per Ni són més actius, mentre que els de Co són més selectius a hidrogen amb menor selectivitat a CO. Tots dos catalitzadors no van presentar desactivació alguna i sembla que les propietats topològiques de la zeolita (absència de centres àcids i elevada superfície específica) són els majors responsables d'aquestes excel·lents propietats catalítiques. En el capítol 4 es presenta un article que tracta sobre l'ocupació de HDL de Zn com a suport, promogut per Ni. Per a la quantitat òptima de Ni, addicionat xicotetes quantitats d'un dopant, Re eliminava la formació de l'aliatge Ni-Zn, menys activa que Ni i present en tots els catalitzadors sense Re. Aquest fet afavoria la formació d'una altra espècie, Ni-Re, que afavoria la reducibilitat del centre actiu. Aquesta millora que va suposar l'addició de xicotetes quantitats de Re va suposar que el catalitzador fóra prou robust per a dur a terme el reformat de mescles etanol-nafta amb vapor d'aigua en qualsevol proporció, des de nafta pur a etanol pur. En el capítol 5 es presenta un article que versa sobre l'ocupació de la sepiolita com a suport de Ni per al reformat de glicerina amb vapor d'aigua. La incorporació de Ni es va dur a terme pel mètode d'impregnació i de precipitació, respectivament, sent aquest últim el que millors resultats va obtenir en termes d'activitat. A més, va presentar una major selectivitat a hidrogen, menor a subproductes no desitjats i va mostrar menors signes de desactivació. Sembla que aquests excel·lents resultats pogueren estar relacionats amb una major superfície específica, menor grandària de partícula i major dispersió de les partícules metàl·liques de Ni. En el capítol 6 es mostra un article que tracta sobre l'ocupació de diferents suports per a dur a terme el reformat de furfural amb vapor d'aigua emprant Ni com a centre actiu. Després d'efectuar un estudi de catalitzadors incorporant el Ni mitjançant impregnació humida a volum de porus, es va trobar que la sepiolita natural presentava els millors resultats. Per açò, es va dissenyar un mètode alternatiu per a incorporar Ni sobre el suport sepiolitic (precipitació) que va millorar a l'anterior en termes de major activitat, selectivitat a hidrogen i menor producció de subproductes no desitjats. Les dades de caracterització suggereixen que la menor grandària de les partícules metàl·liques de Ni i la seua major dispersió estan relacionats amb aquestes millores, a més d'una millor resistència a la deposició de carbó i a la sinterització de les partícules de Ni. En el capítol 7 es va exposar un article que tractava sobre catalitzadors basats en cobalt suportats sobre sepiolita natural per a dur a terme el reformat de furfural amb vapor d'aigua. Els mètodes d'incorporació de cobalt van ser el d'impregnació humida a volum de porus i el de precipitació. Aquest últim mètode va permetre preparar partícules de cobalt més xicotetes, millor disperses i amb una interacció amb el suport adequada. / Throughout this thesis, a sustainable and efficient process has been proposed to transform byproducts and waste from biomass (ethanol, glycerin and furfural) as steam reforming. Thus, Ni and Co catalysts have been studied, both their physical-chemical properties and their catalytic behavior in order to find the most active, selective and stable catalysts. The study of physico-chemical properties has been carried out through the joint use of different techniques such as adsorption of N2 (BET area), XRD, chemical analysis (AES-ICP), elemental analysis, TEM, TPR, XPS and chemisorption of hydrogen. In Chapter 3, an article dealing with the use of delaminated zeolites (ITQ-2) as a support for Ni and Co in the reforming of ethanol with water vapor is presented. The catalysts promoted by Ni are more active, while Co-based materials are more selective to hydrogen with lower selectivity to CO. Both catalysts showed no deactivation and it seems that the topological properties of the zeolite (absence of acid centers and high surface area) are the main responsible for these excellent catalytic properties. In chapter 4 an article is presented that deals with the use of LDH of Zn as support, promoted by Ni. For the optimal amount of Ni, adding small quantities of a dopant, Re it was eliminated the formation of Ni-Zn alloy, less active than Ni and present in all catalysts without Re. This fact favored the formation of another species, Ni-Re, which favored the reducibility of the active center. This improvement, which involved the addition of small amounts of Re, (improving, activity, selectivity and stability). 1Re-20Ni-LDH was sufficiently robust to carry out the steam reforming of ethanol, naphtha and their mixtures in any proportion, at mild conditions. In Chapter 5 an article is presented that deals with the use of sepiolite as Ni support for the glycerol steam reforming. The incorporation of Ni was carried out by the impregnation and precipitation method, respectively. Precipitation method obtained the best results in terms of activity. In addition, it showed a higher selectivity to hydrogen, lower to unwanted byproducts and showed deactivation. It seems that these excellent results could be related to a greater specific surface area, smaller particle size and greater dispersion of metallic Ni particles. Chapter 6 shows an article that is focused on the use of different supports to carry out the furfural steam reforming using Ni as an active site. After conducting a catalyst sweep incorporating the Ni by wet impregnation at pore volume, it was found that the natural sepiolite showed the best results. For this reason, an alternative method was designed to incorporate Ni on the sepiolitic support (precipitation) that improved the previous one in terms of greater activity and selectivity to hydrogen and lower production of unwanted byproducts. Characterization data suggest that the smaller size of Ni metal particles and their greater dispersion are related to these improvements, as well as better resistance to coke deposition and sintering of Ni particles. In Chapter 7 an article dealing with cobalt-based catalysts supported on natural sepiolite was presented to carry out the furfural steam reforming. The methods of cobalt incorporation were wet impregnation at pore volume and precipitation. This last method allowed to prepare smaller cobalt particles, better dispersed and with an interaction with the adequate support. These physico-chemical properties seem to be the most responsible for the greater activity, greater selectivity to hydrogen and lower selectivity to unwanted byproducts obtained by the sepiolitic material with cobalt prepared by precipitation. / Sayas Valero, S. (2018). Desarrollo de catalizadores heterogéneos para la producción sostenible de hidrógeno a partir del reformado de subproductos y residuos derivados de la biomasa [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115482 / Compendio